清潔能源:改變蘇格蘭小島的綠能發電

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Image caption 清潔能源業正在為奧克尼群島的年輕人提供農業和化石燃料行業之外的機會(Credit:Getty)

我一輩子見過許許多多的加油站,但這還是我第一次見到一個加氫氣站。它坐落在蘇格蘭東北海岸的奧克尼群島(Orkney Islands)的路邊。這裏的居民有著遠大的夢想:他們希望自己的汽車、渡輪、鍋爐最終全都能夠靠氫能驅動。

當我們開車靠近這個加氫站,其普通不過的外觀令人驚訝。這裏沒有全身穿著危險品制服的工作人員,沒有科幻小說裏那種巨大的響聲,沒有鮮艷的霓虹燈。只有普通的加氫裝置在那裏等著大家使用。

但奧克尼群島行政區一個氫能項目的主管里德戴爾(Adele Lidderdale)則有一些緊張。她表示,自己一輛麵包車的傳感器最近出了點問題,可能無法從噴嘴加氫。現在,她把噴嘴對凖麵包車加氫的位置插好,然後退回到黑色軟管另一端的屏幕邊。噴嘴處傳出了一聲水力的低響,開始了加氫流程,她看上去緩了一口氣。

3分鐘後,1.4公斤的氣缸加滿了燃料,我們絶塵而去,一滴汽油都沒有用上。

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Image caption 奧克尼群島有5輛使用氫能的麵包車。氫能源不會排放任何溫室氣體,也不產生任何污染(Credit:Diego Arguedas Ortiz)

奧克尼群島自2016年就開始規劃其建基於氫能的經濟模式,但事情進展並非一直這麼順利。奧克尼群島2017年進口了包括這輛車在內的5輛氫能麵包車時,並沒有氫能可供使用,因為氫能的生產尚未開始。在終於能夠給麵包車充滿氫能後,規劃者又要面對另一個潛在問題:在這個只有2.1萬居民的群島,誰能修好一輛壞了的氫能汽車呢?

為了應對這些挑戰,奧克尼群島請來了一位專家培訓當地技工,為輪渡運營者設立全新的教育課程,並起草規定、更新海事法規,允許船隻使用氫能源。如果一切按照計劃進行,到2021年時,這個群島將會擁有全世界首個只用氫能驅動的載運汽車和乘客的海運輪渡。

奧克尼群島看起來不像是一個有著如此超前科技的地方,不過一旦成功,就可能鼓舞其它地區也逐漸取締化石燃料而採用氫能。就像里德戴爾所說:「如果連我們都可以用氫能開船,沒有理由其他人不會效仿。」

清潔能源

與汽油或者海運柴油不同,燃燒氫氣這一過程本身並不會產生任何的有害副產物。此時,就在我們開車穿過奧克尼群島的首府柯克沃爾(Kirkwall),氫氣正與車裏的氧氣結合生成電力,進而驅動汽車引擎。唯一排放出的尾氣就是純水。換句話說,這並不會污染空氣,也並不會排放造成全球變暖的(二氧化碳等)溫室氣體。氫能除了能驅動汽車,還能為建築供暖,生產電力,為火車、輪渡、貨船的運行提供驅動能源,並能夠用於工業生產。

氫能的另一個好處是?如果你有太多的氫能,可以儲存起來,並用相對較簡單的方法進行大容量運輸。就像彭博新能源金融(Bloomberg New Energy Finance)顧問在去年的一篇專欄文章裏寫的那樣,氫「是世界上最具有前景的能長期儲存的能量之一,其儲存時間超越了電池以分鐘、小時或天數計的存儲時限。」

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Image caption 氫能的好處之一就是可以儲存和運輸(Credit:Diego Arguedas Ortiz)

但生產氫的過程相當複雜。雖然氫是宇宙中含量最多的化學元素,但只有極少的一部分以氣體的形式存在,可供使用。氫更多是與其他元素緊密結合,例如與氧結合形成水。人們需要打破這些化學鍵才能「釋放」氫能。這一過程需要大量電能,而電能未必來自「清潔」的來源。此外,電能本身就可以作其它用途,為電動汽車提供能量就是一個例子。

與此同時,一個成本較低的方法則是運用甲烷以及碳捕捉和儲存方式(CCS)制氫。有的專家認為,用這種方法進行規模化制氫較為可行,但未必清潔。然而,2019年2月的研究表明,運用可再生電能制氫也可能具有價格優勢,而且可能在10年內達到碳捕捉和儲存方法的水凖。

但對奧克尼群島而言,通過電能生產氫能效果很好。奧克尼群島號稱是英國電動車密度最高的地區之一。而且更重要的是,由於利用了潮汐和海浪產生能源,當地生產的清潔電能比居民所需的還要多。即便向英國國家電網輸出電能後,島上的風能、潮汐能、海浪能產生的電仍是居民用電量的130%左右,而且全都是清潔能源。

由於電能很難進行大規模儲存(人類還無法製造出足夠整個群島社區使用的巨型電池),一些潮汐發電機和風力發電機必須時不時關閉,以免損壞連接英國本島地區電網的輸電線。要更新修復這些輸電線是非常昂貴的。

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Image caption 奧克尼群島通過潮汐力及海浪等獲得清潔能源(Credit:Getty)

限制潮汐和風力發電機的發電惹怒了奧克尼群島的島民,而且奧克尼群島對清潔能源的投資非常昂貴。島民寧願一直把發電機開著,或者尋找一個方法用掉多餘的能源。因此,當地居民產生如此之想:我們能不能用多餘的清潔能源來生產氫呢?

生產氫氣

里德戴爾加到我們車尾氣箱裏的氫氣來自約有130名居民狹長的伊代島(Eday)。

伊代島的清潔能源多得用不過來。島上的居民在2012年投資興建了一個風力發電場,由整個社區共有。他們希望能將多餘的電力賣給英國國家電網,進而從綠色能源革命中獲益。奧克尼行政區領導斯多肯(James Stockan)表示,就在同一年的晚些時候,國家電網管理者就提出,蘇格蘭北部已經湧現了太多新的風力發電機,因此不能接受伊代島生產的全部清潔能源。歐盟海洋能源中心(EMEC)是全球領先的潮汐能源研究機構,他們正在伊代島所在的海浪洶湧的蘇格蘭海域測試新的潮汐力發電機。

有了這兩大可靠的清潔能源,伊代島就成為了生產氫能的理想場所。

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Image caption 歐盟海洋能源中心正在伊代島洶湧的海水裏測試新的潮汐發電機(Credit:Getty)

但在開始行動之前,奧克尼群島的居民想要知道,到底能不能生產出氫氣。

他們在蘇格蘭政府的140萬英鎊資助下進行了研究,並於2017年9月找到了答案。在一個拖車大小的綠色容器裏,他們利用電解的方法,即將電流通過水、將水分子分解為氫原子和氧原子。氧氣被釋放到大氣中,完全無害;而氫氣則經過小心的壓縮,儲存在圓柱形罐子裏。這些氫氣最初的用途非常簡單:轉化為柯克沃爾港口某個燃料電池裏的電能,進而為港口的一些船隻的燈供電,以及為附近的一個海員會堂供暖。

這就是證據:如果星期五的風太大,就可以借此生產氫氣,然後用來為你的電燈供能,為房間供暖,或者星期天給汽車充電。

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Image caption 在柯克沃爾港口,氫能被用作給某些船隻的電燈提供能源,並為附近的一個會堂供暖(Credit:Getty)

此後,新的項目就很快開始落地。第二個電解水站在沙平賽島(Shapinsay)建成,此外還建了一個供學校使用的鍋爐。人們還計劃造一個混合動力輪渡。與此同時,還有5輛改造過的氫能汽車,以及幾個加氫站。但未來的計劃甚至更加宏大。

海中石油

我們的輪渡離開港口時,船上的引擎發出柴油和活塞作用的轟隆巨響。船上的乘客看起來已經習以為常。搭乘柯克沃爾和沙平賽之間穿梭輪渡的這十幾二十個遊客看起來並不受噪音干擾,他們互相聊天或者看著自己的手機。我們如此平靜地接受了每次引擎啟動時的金屬咆哮聲,實在讓人震驚:我們是否已經將聲音污染視為正常的事件了呢?

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Image caption 輪渡引擎的噪聲幾乎沒有對乘客造成干擾(Credit:Diego Arguedas Ortiz)

我最初來到奧克尼就是因為這艘船。全世界的企業和政府都在考慮用氫氣結束海運行業的污染。海運行業的碳排放量佔全球的2%以上。我問歐洲氣候基金會(European Climate Foundation)的一名專家,清潔海運的前沿在哪裏,他讓我來奧克尼群島看看。

奧克尼群島的諸小島在海中星羅棋布,因此非常依賴他們的輪渡系統。醫護人員、商品、教師、家庭成員每天都在各個港口之間穿梭不息,形成了這個群島共處一個社區的意識。但這些輪渡消耗的化石燃料佔了奧克尼群島能量總消耗量的約三分之一,大大阻礙了群島想成為綠色環保之島的雄心壯志。歐洲海洋能源中心的氫能源經理克里斯漢姆(John Clipsham)表示:「如果你正在尋找減少海事領域的碳排放的方法,這就是一個很好的解決方案。」

我們前往的沙平賽島居民人數僅僅300出頭,這個海島有著蜿蜒的海岸線和險峻的群山。沙平賽發展社區信託基金(Shapinsay Development Community Trust)的主席布爾斯(Steve Bews)在碼頭邊的一輛白色汽油車上等著我。我們驅車通過山巒起伏的鄉野,到達一個斜坡頂上的風力發電機旁。這個發電機建於2012年,由整個社區共同擁有,創造的收入能為當地人補貼教育經費,提供一輛專為社區事務使用的電動出租車(沙平賽島上沒有出租車)以及資助增設晚間前往主島柯克沃爾的一班輪渡。但這個風力發電機的發電量受到人為限制,因而也限制到其盈利的能力。布爾斯表示,36%的可發電潛力都被浪費了。

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Image caption 奧克尼群島使用風力發電機生產的清潔能源遠遠大於其居民的需求(Credit:Diego Arguedas Ortiz)

幾年前,幾個組織找到基金會,希望在沙平賽利用多餘的電力生產氫氣時,基金會同意了。布爾斯是建築業從業者,也在社區組織做義工。他表示:「我們有很多電力,都是綠色能源,而且這麼做確實有意義。」

電解站於2018年12月開工,預計將於2019年早期完工,每天將可以生產500公斤的氫氣。如果全面投入運行,這大約是科克沃爾和沙平賽之間的輪渡每天所需的電能。到時沙平賽居民可以將富餘的電力出售,並且能夠為自己的子女提供成本更低的供暖設施,本地學校附近的氫能鍋爐正等待著獲得能源給教室供暖。

過了一會兒,布爾斯再次把我送回碼頭。人們上船後,輪渡就繼續伴著20世紀交通工具的金屬歌聲離開了沙平賽。我在想,20世紀交通輪渡的時日是否已屈指可數。

未來的旅程

即使終有一天,海運柴油時代將會壽歸正寢,但也不用屏住呼吸等待這個日子的到來。奧克尼群島的規劃是一個原型,全世界其他地區要效仿則要花上幾年、幾十年的歲月。

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Image caption 即使終有一天,海運將不再使用柴油,這也不會很快發生(Credit:Getty)

不過,起步工作看起來相當不錯。輪渡項目的工作已經開始在合作的弗格森造船廠(Ferguson Marine)所在的格拉斯哥港開展。與此同時,美國加州一個名為Water-Go-Round的項目也預計將在今年晚些時候造出氫動力輪渡,挪威瑞典合作的一個項目在探索如何使用燃料電池技術驅動船隻,而日本航運巨頭也宣佈,計劃在2050年造出一隻200米長零排放的貨運船。而在政策層面,國際海事組織(IMO)則在2018年4月達成一致決定,減少海事領域的溫室氣體排放。聚在國際海事組織倫敦總部的各國代表承諾,到2050年將溫室氣體的排放足跡減少50%(與2008年水平相比)。

這對任何一個社區而言,都是巨大的改變。我在奧克尼群島人口數量排名第二的小鎮斯特羅姆內斯(Stromness),於我所住的房子裏可以看到建有油庫的小島弗洛塔(Flotta)。這個小島曾經是服務英國北海地區的第二大油庫。

與海島對清潔能源的樂觀積極態度相比,這個油庫看起來像一個不祥的存在,既是過去的遺跡,也提醒著人們化石燃料與我們當今社會的錯綜複雜的聯繫。

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Image caption 清潔能源業正在為奧克尼群島的年輕人提供農業和化石燃料行業之外的機會(Credit:Getty)

歐洲海洋能源中心的氫能營銷官奧格(Caron Oag)告訴我,她的父親曾在弗洛塔油庫工作多年。這樣的故事在島上非常常見。奧格說:「許多我們這一代人都生長在靠石油領域獲得收入的家庭。」她和許多年輕的奧克尼群島居民一樣,覺得自己的家鄉能提供的職業發展非常有限,因此會離鄉別井到其他地方工作和學習。

但情況發生了改變。清潔能源行業現正為奧克尼群島的年輕人提供農業和化石燃料行業之外的新機會。在市政工作的里德戴爾曾在2012年至2016年間在歐洲海洋能源中心任職,她表示:「我們正在創造新的工作機會,而我自己的工作就是個很好的例子。」

許多奧克尼群島的居民都對他們先進的能源技術感到自豪。但他們似乎更自豪於另一個能力,為年輕的專業人員提供高質量工作崗位的能力。該行業的潛力甚至吸引了像歐洲海洋能源中心的克里斯漢姆這樣從德國移居至此的人士。

或許奧克尼可以為遠離國家首都或地區首府的小型群落指明一個方向。或許逐漸從化石燃料轉化為乾淨能源,就能為這些偏遠地區開啟一扇機會的窗戶。

奧克尼行政區領導斯多肯說:「全世界有幾千個島嶼。」他的夢想就是全世界在島嶼的帶領下達成零碳排放,而不是靠政策制定者後知後覺的想法。

「(有了氫氣)我們就有了可以與全世界共享的出口商品。島嶼再也不是最後一個獲得某樣東西的地方了,反而是捷足先登的第一個。」

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